徐大可1 李彦明2
1.国家电力公司南京自动化股份有限公司，南京210003；2.西安交通大学，西安710049
0 引言
因变压器短路阻抗及其电感分量与绕组几何尺寸及相对位置有关，通过在线检测变压器短路电抗的变化即可分析绕组状况[1]。为此研制了变压器短路电抗在线测量系统，以研判变压器绕组的变形。
1 系统组成
系统硬件部分主要包括电量变送、数据采集及与系统设备的连接部分。选取的变送器在测量范围内线性度好，输出波形畸变小，比差和角差很小，精度远高于系统的PT、CT且工作稳定性好，具有较强的抗干扰能力及良好的电磁兼容性能。采集卡在量程范围内精度高于变送器。测量装置接入电力系统后，能保持电压互感器的开路运行状态和电流互感器的短路运行状态。在过电压和冲击电流等暂态条件下可实现自我保护且不干扰系统正常运行。研究表明，在线测量系统的精度主要取决于电力系统互感器的精度等级。若互感器精度为0.2或0.5级，则测量系统的总误差约为0.4%或0.8%，满足总误差<1%的要求。
2 实验室的模拟实验
在实验室用模型进行变压器短路电抗在线测量系统模拟实验。模型变压器为3相双绕组，型号为ST—31500/35/10，多层圆筒式结构，有铁芯、没有外壳，其绕组暴露在空气当中。其中相(B相)原边有54个抽头(编号1～54)。通过短接抽头来模拟绕组不同部位故障引起的短路电抗的变化。在线测量各种模拟工作状态下(负载大小变化，负载功率因数变化以及改变分接等)的短路电抗(用电感表示 )并与离线测量值相比较的结果见表1，其中：状态1为离线测量；状态2为在线测量，负载功率因数cosφ＝0.8；状态3为在线测量，负载功率因数cosφ＝0.99；状态4为在线测量，负载功率因数cosφ＝0.8，负载减小一半；状态5为在线测量，负载功率因数cosφ＝0.8，持续不间断测量150h；状态6为离线测量，；状态7为在线测量，负载功率因数cosφ＝0.8。状态1~5变压器额定分接，状态6～7非额定分接。可见：
1) 系统可测出05%的电抗变化，精度较高。
2) 在线和离线测量结果间的偏离源自补偿系数计算误差。如额定分接时两者相差-1.62%～-1.42%，略去系统误差后偏差<-0.2%，且两者变化趋势一致。
3) 比较改变分接后的离、在线测量结果(状态6、7)可见，改变分接对在线测量系统的准确度和精度没有影响，但与额定分接时(状态2)不尽相同。
4) 比较改变负载大小和功率因数前后的在线测量结果(状态2～4)可见，这些改变对系统的准确度和精度无影响。
5) 持续工作150 h前后的测量结果(状态5、2)可见，系统稳定性较好，可满足在线监测的需要 。
另外还考察了影响低压脉冲法(LVI)和频响法(FRA)的一些因素(如测试现场周围物体的接地方式、引线的长短及引线位置等)，测量结果几乎不变，表明系统重复性良好，外部因素影响小。
3 实测结果分析
实测某变电站SFZ7—31500/110型双绕组三相降压变，其容量31.50 MVA；额定高压110 kV±8×1.25%，低压10.5 kV；结线组别YN/d11；空载电流0.41%；空载损耗25.2 kW；负载损耗(高低)165 kW；阻抗电压(高低)14.76%。
对变压器高低压侧的电压、电流信号在线采样，采集数据实时分析处理，计算出3相短路电抗值。实测结果表明，母线上的电压、电流波形中噪声和谐波分量很小，接近于标准的正弦波形，这为数据的后续分析提供了方便，也有利于测量精度的提高。根据变压器在7、8和10分接位置时的电压和电流向量值，求解得到相应的短路电抗(见表2)。表中同时列出了各分接位置下漏电感的离线测量值。分析表中数据，可得出以下结论：
1) 以离线测量值作为基准，变压器3相短路电抗测量值的相对误差保持在±0.3%之内。即测量系统可以达到较高的精度。3相短路电抗相互之间的偏差应认为是实际存在的。
2) 额定分接下的在线测量值和铭牌计算值(56.62 Ω)存在较大的偏差，其原因是铭牌值精度不能保证及加上测量时间、状态不同所产生，故不应以铭牌计算值作为基准。
3) 计算短路电抗时需要确定的补偿系数可由铭牌数据和变压器几何匝比算得。补偿系数对在线测量结果的准确性影响较大，但不影响测量精度。
4) 因在线测量结果和铭牌计算值偏差较大，而分接位置等外部条件不影响测量结果，故在变压器短路电抗在线监测时，应以同一分接下在线测量值的相对变化量判断变压器绕组状态。
5) 比较改变分接后的在线测量结果可以看出，短路电抗测量值随分接位置变化而变化，而且变化趋势一致，符合理论分析。而测量值的相对误差变化很小，说明在线测量系统精度不受影响。
6) 比较上、下午在线测量结果可见，系统稳定性好，可满足在线监测绕组状态的需要。
7) 测量系统的接入和持续工作不干扰和影响电力系统运行，安全可靠。
实测表明，在线测量系统能较精确地测量绕组变形导致的电抗变化量，但还需确定电抗变化量与绕组变形程度的对应关系。
IEC-60076-5中以电力变压器短路耐受试验前后的短路电抗的变化不超过某一限值作为变压器耐受短路能力的判据，如≤2%(同心式)、≤4%(箔式和短路电抗＞3%者)，此判据也可考虑作为监测运行中变压器绕组变形程度的一个指示，而短路电抗的在线测量正可提供这样一个手段。
4 结论
a.短路电抗在线测量系统不干扰和影响电力系统的运行，安全可靠。测量系统具有较高的精度和稳定性，变压器运行条件的变化(包括分接位置、运行时间及一些外部因素等)对系统的影响很小。
b.计算短路电抗所需补偿系数可由铭牌数据和变压器几何匝比算得。补偿系数对于在线测量结果的准确性影响较大，但不影响测量精度。
c.变压器短路电抗在线监测应以在线测量值的相对变化作为绕组状态判断标准。
d.判断运行中变压器绕组变形程度即短路电抗变化量时，可引用IEC及国标中变压器耐受短路能力的判断标准，具体依变压器型式和进一步的数据积累而定。
参考文献
1 徐大可，汲胜昌，李彦明.变压器短路电抗在线监测的理论研究.高电压技术，2000，26(3)：16
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